对展示智慧和价值的经典实验的深入分析--关于用蜡烛探索凸透镜成像规律的一些发现_凸透镜成像规律论文

深析经典实验，彰显智慧与价值——谈用蜡烛做探究凸透镜成像规律实验的几点发现，本文主要内容关键词为：凸透镜论文,几点论文,蜡烛论文,规律论文,智慧论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。

      笔者近期在杂志中看到一篇有关优化“探究凸透镜成像规律实验”的文章，在学习的同时，笔者结合自己在教学“探究凸透镜成像规律”的过程中的经历和反思，发现原来用蜡烛来探究凸透镜成像规律这个经典的实验未必需要改进（如图1所示），而很多教师所阐述它的不足，并不是它的不足，而是教师没有用好这一实验来挖掘它的深层次价值。笔者结合教学实际谈谈这个实验“不足”之处的深层次价值。

      一、蜡烛悄然变短，启发学生对三物同高的深入剖析

      在用蜡烛做探究凸透镜成像规律的实验过程中，蜡烛会随着时间的推移慢慢燃烧，所以会慢慢变短，此时所成的像就不在屏幕的正中央了。在很多教师看来这是实验中的一个缺陷和不足，用发光二极管做成的“F”来取而代之作为成像的物体。其实在实际的实验过程中，我们就让蜡烛慢慢地变短，而在变短的时候，再提问学生，激发学生的思维。

      问题1：请问你看到的像还在正中央吗？

      问题2：你知道为什么不在正中央了吗？

      问题3：你发现蜡烛变短以后，像在光屏上往哪个方向移动了？

      

      这里的问题链一下子激发了学生对实验现象的进一步观察和分析。在观察中，学生再次深入理解为什么一开始要将蜡烛的烛焰和光屏的中心位于凸透镜的主光轴上，或者将烛焰、凸透镜、光屏的中心位于同一高度，而不在同一高度就不能使像成在光屏的中央，而且还可以借助蜡烛变短的现象发现如果蜡烛偏高或者偏低将会导致什么样的情况。真正利用蜡烛变短这个缺陷生成更具有价值的教学资源，真正达成水到渠成的效果。

      二、焦点处仍成像，还原学生对实验现象的深入剖析

      使用蜡烛做这个实验，细心的老师还会发现这么一个不足之处，那就是我们把蜡烛放到一倍焦距处时，光屏中仍然会出现像，虽然不够清晰，但是对理想实验现象的获取带来了很大的影响。在实际的教学过程中，我们可以通过以下三个环节来突破对相应内容的理解，并提升学生对实验现象的剖析能力。

      1.初探实验，获知不成像

      在实际的实验过程中，我们把蜡烛处在一倍焦距处，我们无论怎么移动光屏，光屏中是不能成像的。原因是学生一般在某一固定的区域内移动光屏，光屏移动的范围不会太大，而且这个范围绝大多数不在真正的像距所在处。因为如果物距大于一倍焦距，且非常接近焦距时，此时的像距是大于两倍焦距，且距离较远。因为这些原因，很大一部分学生在实验中会因此而得到一个理想的实验现象，而老师也可以根据这个现象建构一个较为理想的实验结论，即物距等于焦距时，不成像。在此，教师不必细究，可以借助作图等形式帮助学生揭秘为什么物距等于焦距时不成像，让学生进一步理解成像规律。

      2.二探实验，发现也成像

      为了充分提升学生对本实验的理解深度，我们可以在第二课时再次让学生走进实验室，再次体验物距等于焦距时候的成像特点。先将蜡烛置于一倍焦距处，此时重复原先的实验。而重复原先实验后，我们让学生把光屏移到离凸透镜更远的区域，甚至移到光具座的边缘，或者更远，学生惊讶地发现此时在光屏中也会有烛焰倒立放大的实像。而此时教师再提醒学生拿掉光屏，眼睛处在光屏的位置，透过凸透镜看烛焰，此时学生又会发现透过凸透镜会有正立放大的虚像。这两个出乎意料的现象不得不让学生再次深入实验现象与已知结论之中。学生的思维矛盾再次产生，思维再次凝固在这出乎意料的现象之中。

      3.三探实验，揭秘真本质

      让学生再次体验一下刚才出乎意料的实验现象，让学生以小组为单位，相互交流、再次实验，此时学生会发现，烛焰不是一个点光源，它是一个立体的光源，当圆柱体的蜡烛处于焦点位置时，也只是圆形底部的圆心在焦点处，由此带来的是，烛焰的中心处在焦点处，而并不是每个发光的部分都处在焦点处，有一部分在一倍焦距以外，那就成倒立放大的实像，而又有一部分在一倍焦距内，此时成正立放大的虚像。在学生的再次实验和交流合作下，学生了解了其中的本质，即我们看到的现象并没有违背凸透镜成像规律，而是由于这个立体的光源导致的。

      三、烛焰摇晃不定，启发学生对物像左右相反的细究

      在用蜡烛探究凸透镜成像规律的实验中，我们还发现一个问题，那就是蜡烛的火焰很不稳定，火焰要左右摇晃，而学生如果开着窗户让空气流通的话，火焰会摇晃的非常厉害，这时学生很难辨别什么时候火焰的成像是最为清晰的，而且像也会随之而晃动。这种不利因素产生的后果就是不能获知较为精确的像距，但这个不够精确的像距并不影响学生获知“物距在相应范围内成什么像”的系列结论，并且这种摇晃不定的现象还可以激发学生对现象做进一步的思考，在不理想的现状下收获更多的知识与技能，进一步收获新的发现。

      1.观察火焰左右摇晃后的意外收获

      教师可以通过问题的形式来启发学生的观察。

      问题1：你们看到火焰摇晃的过程中，像是怎么摇晃的？（学生回答像也随之而左右摇晃）

      问题2：你的意思是火焰如果向右摇的时候，像也向右移动吗？（学生再仔细观察，发现火焰如果向右移动的话，像会向左移动，这个意外的收获让很多学生似乎恍然大悟）

      问题3：发现这个规律以后，你能帮我介绍一下吗？（学生进一步思考其中的原因，很多学生就很快联想到蜡烛变短的情境和原因，以此帮助学生建构更新更深的认知）

      2.观察火焰前后摇晃后的意外收获

      火焰的摇晃是没有规律的，它不仅会左右摇晃，还会前后摇晃，而此时教师同样可以引导学生去仔细观察这里的现象。教师结合实际教学，可以分两步走。第一步可以和学生一起观察火焰前后摇晃以后，像就不再清晰，让学生进一步感知物距的变化决定着像距的变化和像的变化。第二步就是在视力矫正这个环节再次补充相关实验细节，那就是人为地让火焰向前或向后移动，以此通过凸透镜或者凹透镜来矫正，这一步骤让学生进一步感知凸透镜和凹透镜在视力矫正中的作用，也进一步了解平时在没有戴眼镜的时候，近视眼通过离物体近一些来看清物体，而远视眼则是通过离物体远一些来获取清晰的像。

      四、蜡油废气污染，启发学生对存在问题的深入思考

      在平时的小组实验过程中，利用蜡烛探究凸透镜成像规律还会带来另外两个严重的问题，而这两个问题也是导致很多教师要优化本实验的初衷。第一个就是燃烧过程中生成的蜡油滴落在实验桌面、地砖上，给实验室的打扫带来了很多的困难。如果一个年级有多个班级的话，当这组实验结束时，实验桌面上、地砖上都是蜡油，不仅损坏实验的卫生环境，还容易打滑，增大了学生实验过程中的安全隐患。第二个则是在实验的过程中，整个实验室燃烧着几十支蜡烛，这些蜡烛的燃烧释放出大量的二氧化碳，甚至还有少量一氧化碳，这些气体的产生严重污染了空气的质量，影响了学生的学习和健康。教师在实际的教学过程中，可以把问题抛给学生，让学生在实验前发现这类问题的存在，随后再激发学生对问题解决的充分思考。第一，如何避免蜡油的洒落或者是减少蜡油的滴落。第二，如何减少废气对学生学习和健康的影响。在此，学生纷纷开动脑筋，有的学生说用草稿纸放在蜡烛的下面，及时收集这些滴落的蜡油，也可以用一个托盘来收集等。还建议学生养成良好的习惯，在点蜡烛时候要放正蜡烛，尽量减少蜡油的滴落。而面对第二种现象，很多学生打开窗户让空气流通，还有些学生想到把实验室的排风机打开，这样既不影响实验的正常进行，又能排除废气的影响。在这样的引领下，我们不仅引导学生解决了问题，还提升了学生的环保意识、团队合作意识，从情感态度价值观的角度激励了学生解决问题的信心，启发了学生要善于动脑用心去解决，并在实践训练中提升了他们解决问题的能力。

      因此，在常态的教学中，优化实验是一种创新和改进，值得每个一线教师结合实验现状进行思考和改进，而很多经典的实验虽然存在或多或少的缺陷与不足，但是这些缺陷和不足却是我们教学过程中不可多得的资源，教师要巧妙用好这些缺陷与不足，引导学生进行深入的观察、分析、对比、总结，最终引领学生达成对实验及其本质的理解，提升实验本身的价值。

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